metrologija i standardizacija (seminarski rad)

_______________________________________________Metrologija i strandardizacija

METROLOGIJA I STRANDARDIZACIJA

- SEMINARSKI RAD-

Profesor: Student: Terzić Mira Berović Maja

Novi Sad, 2010.

_____________________________________________________________________ 0

UNIVERZITET U NOVOM SADUPRIRODNOMATEMATIČKI

FAKULTETDEPARTMAN ZA FIZIKU


SADRŽAJ

ISTORIJA MERENJA...........................................................................................2

DREVNA MERENJA.................................................................................................2Prvi sistemi standardizacije..............................................................................2Prvi etaloni i zakonska metrologija..................................................................3

NAPREDAK MERENJA U POSLEDNJIH 2000 GODINA...............................................5Merenje i industrijska revolucija......................................................................6

MERENJE...............................................................................................................7

OPŠTE KARAKTERISTIKE........................................................................................7ZNAČAJ MERENJA..................................................................................................8

METROLOGIJA....................................................................................................9

OPŠTE KARAKTERISTIKE........................................................................................9Metrološka sledivost..........................................................................................9Etaloni.............................................................................................................10Etaloniranje.....................................................................................................11Merni sistemi...................................................................................................11Merna nesigurnost...........................................................................................12

PODELA METROLOGIJE........................................................................................141) Naučna (fundamentalna) metrologija......................................................142) Industrijska (primenjena) metrologija.....................................................14Oblast delatnosti.............................................................................................143) Zakonska metrologija...............................................................................15

MEĐUNARODNA INFRASTRUKTURA.....................................................................16NACIONALNI METROLOŠKI INSTITUTI..................................................................18EVROPSKA INFRASTRUKTURA.............................................................................19

EUROMET......................................................................................................19

SI SISTEM............................................................................................................20

OSNOVNE JEDINICE SI.........................................................................................22Definicije osnovnih jedinica SI.......................................................................22

IZVEDENE JEDINICE SI.........................................................................................23JEDINICE VAN SI..................................................................................................23

ZAKLJUČAK.......................................................................................................25

REČNIK................................................................................................................26

LITERATURA......................................................................................................29

_____________________________________________________________________ 1

Slika 1. Jedna od najstarijih astronomskih mapa, pronađena u

Mesopotamiji


ISTORIJA MERENJA

“Меre i veličine mogu da se svrstaju među najveće potrebe svakog pojedinca u društvu. One igraju glavnu ulogu u finansijskom području u svakodnevnici svake porodice. Značajne su za sve privredne delatnosti, kao što su isporuka i sigurnost svake vrste imovine, prodaja, sigurnost i razmena proizvoda. Takođe su bitne za rad poljoprivrednika, dosetljivog pronalazača, proučavanja filozofa, ispitivanja antikvara, upravljanje pomoraca, marš vojnika – sve promene rata i mira i njihove ishode. Poznavati ih, u ustanovljenim normama, među najbitnijim je elementima obrazovanja. To znanje je skriveno u pamćenju koje najstaje ustaljenim radnjama koje čovek svakodnevno obavlja u životu.”

~Džon Kvinsi Adams, izveštaj Kongresu, 1821.

Drevna merenja

Težine i mere bile su jedne od najranijih 'sredstava' koje su ljudi izmislili. Od nastanka čovečanstva nametnula se potreba da se standardizuju merenja koja su se upotrebljavala u svakodnevnom životu, kao što su konstrukcija oružja za lov i zaštitu, prikupljanje i promet hrane i odeće, kao i teritorijalna podela. Drevni sistemi merenja su bili zasnovani na upotrebi delova tela i prirodnog okruženje kao mernih instrumenata. Rani vavilonski i egipatski zapisi, kao i Biblija, ukazuju da je dužina prvi put merena podlakticom, rukom ili prstom, a da je vreme mereno u zavisnosti od perioda kretanja Sunca, Meseca i drugih nebeskih tela. Kada su izmisljena sredstva za vaganje, kamenje i semena su služila kao standard. Na primer, karat – još uvek se koristi kao jedinica za dragulje, sto potiče od semena rogača.

Iako su definicije ovih merenja primitivne, one su bile dovoljne za lokalne potrebe. Malo se zna o detaljima bilo kojih od ovih merenja, ali artefakte stare preko 20.000 godina ukazuju na neki oblik beleženja.

Prvi sistemi standardizacije

Civilizacija doline reke Ind (oko 3000-1500. god. pre nove ere) razvila je sofisticiran sistem standardizacije, koristeći težine i mere. Ova tehnička standardizacija

_____________________________________________________________________ 2

Slika 2. Kraljevski lakat (gore levo), pisani dokaz prve zakonske merologije u Egiptu (dole levo) i

etalon mase (desno)


omogućila je razvoj mernih uređaja koji su se efikasno koristili za ugaona merenja, kao i merenja za izgradnju. Kalibracija je pronađena u mernim uređajima.

Njihova merenja su bila veoma precizna i tačna, jer je njihov najmanji podeok, koji je označen na skali od slonovače, iznosio je oko 1,704 mm, što je najmanja podela na skali ikada snimljena, sve od bronzanog doba. Korišćen je decimalni sistem.

Prvi etaloni i zakonska metrologija

Egipćani su najviše izučavali geometriju, što je bilo neophodno za izgradnju piramida. Egipatski kraljevski lakat je po naredbi trebao da bude jednak dužini podlaktice sa savijenim laktom, do vrha srednjeg ispruženog prsta, plus širini dlana ruke vladajućeg faraona ili kralja. Etalon kraljevskog lakta je isklesan iz bloka granita da traje za sva vremena. Radnici, angažovani u izgradnji grobnica, hramova, piramida, itd, su bili snabdeveni laktom od drveta ili granita. Kraljevski arhitekta, ili nadzornik na gradilištu, su bili zaduženi za održavanje i prenos jedinica dužine instrumenata. Bili su zaduženi da vraćaju štapove kubita na svaki pun mesec, kako bi se izvrsila kalibracija, u odnosu na kraljevski etalon. Propust izvršavanja ove naredbe kažnjavan je smrću.

Iako je propisana kazna bila prilično oštra, Egipćani su preneli duh današnjem sistemu zakonske metrologije, standarda, sledljivosti i opoziva na kalibraciju. Sa ovom standardizacijom i uniformnošću dužine, Egipćani su postigli iznenađujuću tačnost. Na hiljade radnika bilo je angažovano u izgradnju Velike piramide u Gizi. Pomoću štapova kraljevskog lakta, oni su postigli tačnost od 0,05%.

_____________________________________________________________________ 3

Slika 3. Neke od prvih mera za dužinu zasnovane na upotrebi delova tela kao mernih instrumenata


Iako su Egipćani postigli veoma dobru standardizaciju dužine, ona je bila samo regionalna. Bilo je više standarda za lakat, koji su u velikoj meri varirali:

• arapski (crna) lakat od 21,3 inča (1 inč = 2,54 cm)• arapski (hashimi) lakat od 25,6 inča• asirski lakat od 21,6 inča• egipatski lakat od 20,6 inča• drevni izraelski lakat od 17,6 inča• drevni grčki lakat od 18,3 inča• drevni rimski lakat od 17,5 inča

Od ovih sedam lakata, razlika između najdužeg i najkraćeg iznosila je 8,1 inča (20,6 cm), sa prosečnom vrednošću od 20,36 inča (51,7 cm). Ove varijante su otežale trgovinu između različitih regija. Kako je vreme prolazilo, postale su veće potrebe za trgovinom na regionalnom nivou. Potrebe za višom sofisticiranošću i tačnošću su postajale sve veće.

_____________________________________________________________________ 4

Slika 4. Neke od mera za dužinu korišćene u Velikoj Britaniji i Francuskoj


Napredak merenja u poslednjih 2000 godina

Potreba za standardizaciom bila je sve više izražena širom sveta. Engleski, francuski i američki lideri nastojali su da dovedu red na njihova tržišta.

960. god. Edgar, Dekret o miru: “sve mere moraju da se slažu sa standardima koji se čuvaju u Londonu i Vinčesteru”.

1215. god. Kralj Džon daje pristanak za nacionalne standarde za težine i mere. 1585. god. Simon Stevin u svojoj knjizi “Deseti” (“The Tenth”) sugeriše da bi

decimalni sistem trebao da se koristi za težine i mere, novac i podelu stepeni luka. 1670. god. vlasti dodeljuju Gabrijelu Moutonu, francuskom vikaru, novčanu

podršku za osnivanje metričkog sistema. 1790. god. Tomas Džeferson predlaže decimalno zasnovan sistem merenja za

Sjedinjene Američke Države. Francuski Luj XVI ovlašćuje naučna istraživanja u cilju reforme francuskih težina i mera. Ova istraživanja ce dovesti do razvoja prvog metričkog sistema.

1795. god. Francuska zvanično usvaja metrički sistem. 1824. god. Džordž IV u Zakonu o tegovima i merama osniva „Carski sistem za

težine i mere”, koji se još uvek koristi.

_____________________________________________________________________ 5


Standardi merenja pre 1700-te su bili lokalni i često proizvoljni, čineći trgovinu između zemalja, pa čak i gradova, teškom. Potreba za standardizacijom, kao pomoć pri trgovini, postala je očigledna tokom industrijske revolucije. Rana standardizacija i potrebe metrologije bili su zasnovani na vojnim potrebama, a posebno kod velikih pomorskih sila kao što su Velika Britanija i SAD.

Vremenom, kako je merenje postalo standardizovano unutar zemalja, nametnula se potreba za standardizacijom merenja između zemalja. Značajan korak u tom nastojanju bilo je usvajanje Konvencije o metru, 1875. godine. Ovaj sporazum je postavio okvir za međunarodni sistem tegova i mera. To se može posmatrati kao jedan od prvih dobrovoljnih standarda sa međunarodnim prihvatanjem i verovatno najvažniji u nauci, industriji i trgovini.

1875. god. Konvencija o metru je potpisana u Parizu od strane 17 zemalja. Metarska konvencija obezbeđuje poboljšanje metričkih težina i mera i uspostavljanje Generalne konferencije za tegove i mere (CGPM).

1954. god. Međunarodni sistem jedinica (SI) počinje svoj razvoj u desetom CGPM. Šest novih osnovnih jedinica je usvojeno.

Merenje i industrijska revolucija

Industrijska revolucija je počela oko 1750. godine. Tehnologija je počela brzo da napreduje sa materijalima, energijom, vremenom, arhitekturom, i čovekovim odnosom sa zemljom. Industrija je počela da se razvija brzo. Uz porast populacije, potrebe za odećom, prevozom, lekovima, hranom, su učinile da industrija nađe bolji, efikasniji metod da potkrepi ovu potrebu. Tehnologija je evoluirala dovoljno da podrži ovaj razvoj. Tokom tog perioda došlo je do ogromnog porasta otkrića u kvantnoj mehanici i molekulskoj, atomskoj, nuklearnoj i čestičnoj fizici. Ova otkrića su dala osnovu za većinu od sedam osnovnih jedinica tekućeg Međunarodnog sistema jedinica (SI). Ovih sedam jedinice su dobro definisane i dimenziono nezavisne. To su: metar (m), kilogram (kg), sekunda (s), amper (A), kelvin (K), mol (mol) i kandela (Cd).

_____________________________________________________________________ 6


MERENJE

“Ako možete izmeriti ono o čemu govorite i izraziti to brojkama, onda nešto znate o tome; ukoliko, međutim, to ne možete izraziti brojkama, vaše znanje je oskudno: to bi mogao biti početak znanja, ali ste znanost time samo dotakli.”

~Lord Kelvin (1824-1907), britanski fizičar

Merenje je nastalo kao rezultat potrebe za kvantitativnim karakterisanjem prirodnih pojava, a direktno je rezultat opažanja i potrebe za poređenjem. U anglosaksonskoj literaturi preovlađuje mišljenje da je do kvalitativne promene na relaciji POSMATRANJE – MERENJE došlo u XVII veku kada je Frensis Bekon (francuski filozof) rekao da se “bez mogućnosti ostvarenja kvantitativnih merenja, nauka neće razvijati”.

Opšte karakteristike

Reč "merenje" (mera) potiče od grčke reči metron, što znači ograničen udeo, razmera, odmer.

Merenje je skup eksperimentalnih postupaka koji imaju za cilj određivanje jedne veličine ili, drugim rečima, merenje je proces poređenja vrednosti nepoznate veličine sa veličinom koja je uzeta za jedinicu mere.

Klasična definicija: U klasičnoj definiciji, koja je standardna u celoj fizičkoj nauci, merenje je određivanje

ili procena odnosa količina. Količina i mera su međusobno definisane: kvantitativne osobine su one koje je moguće izmeriti, bar u principu.Klasičan koncept kvantiteta seže još iz vremena Isaka Njutna, a bio je nagovešten i u Euklidovim „Elementima”.

“Izmeriti sve što se izmeriti da, a pokušati učiniti merljivim ono što se još ne da.”~Galileo Galilei (1564-1642), italijanski matematičar i astronom

_____________________________________________________________________ 7

OBJEKTIVNO ISKUSTVO SE STIČE JEDINO MERENJEM!


Značaj merenja

Merenje nam obezbeđuje: informacije o procesu, osiguranje kvaliteta, kontrolu procesa.

Kolika je važnost merenja? merenje je jezik nauke pomaže u iskazivanju veličine, kvantiteta, položaja, vremena itd. male greške pri merenju mogu koštati kompaniju ugovora, posla, mnogo novca i sl. tri oblasti na koje se osnovni principi merenja mogu primeniti

- komunikacija merenja- zakon i primena merenja- kodifikacija merenja

Zašto merimo? da bi opisali trenutno stanje procesa da bi postavili zahteve da bi nadzirali procese i predvideli buduća zbivanja

Zašto je merenje važno? međunarodna trgovina viši kvalitet proizvoda dokazivanje i ocenjivanje

“Zaronjeni u vodu, predmeti koji su po prirodi pravi, mogu da izgledaju iskrivljeni. Ovo pogrešno zapažanje savršeno je nadoknađeno merenjem. Veličine dobijene merenjem razjašnjavaju zamagljene predstave posmatrača o većem ili manjem, težem ili lakšem. Svakako, prednost mišljenja i jeste to da se zasniva na merenju i računanju.”

~Platon, “Republika” (“The Republic”)

_____________________________________________________________________ 8


METROLOGIJA

Metrologija (od starogrčkog metron – mera i logos – studije) je nauka o merenju.

Metrologija je definisana od strane Međunarodnog biroa za tegove i mere (BIPM) kao „nauka o merenju, obuhvatajući i eksperimentalne i teorijske odrednice na bilo kojem nivou nesigurnosti u bilo kojoj oblasti nauke i tehnologije”.

Opšte karakteristike

Nauka o merenju nije rezervisana samo za naučnike; ona je od vitalnog značaja za gotovo sve domene ljudskog delanja – ekonomski uspeh nacije zavisi od sposobnosti proizvođača i trgovine da precizno naprave i testiraju proizvode i komponente; navigacioni sateliti i sistemi, korelacija međunarodnog vremena, čini tačnu lokaciju mogućom i omogućavaju kompjuterskim sistemima da usmeravaju avione i svemirske letelice; zdravlje ljudi zavisi od tačne dijagnoze i pouzdanih merenja, itd.

Glavni zadaci kojima se metrologija bavi su definisanje međunarodno prihvaćenih mernih jedinica (npr. metar), realizacija mernih jedinica naučnim metodama (npr. ostvarenje metra upotrebom laserskih zraka), kao i utvrđivanje lanca sledivosti pri dokumentovanju tačnosti merenja.

Metrološka sledivost

Osnovni koncept metrologije je (metrološka) sledivost, definisana kao „vlasništvo rezultata merenja ili vrednost standarda koji mogu da se odnose na navedene reference, obično nacionalne ili međunarodne standarde, kroz neprekinut lanac poređenja”. Nivo sledivosti utvrđuje stepen uporedivosti merenja: da li rezultat merenja može da se poredi sa prethodnim, rezultatima merenja od pre godinu dana, ili sa rezultatima merenja obavljenim bilo gde drugde u svetu.

Sledivost se najčešće dobija kalibracijom, utvrđivanjem odnosa između pokazatelja mernog instrumenta i vrednosti merenog standarda. Ovi standardi se uglavnom rukovode u nacionalnim laboratorijama: Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (SAD), Nacionalna fizička laboratoriji u Velikoj Britaniji, itd.Sledivost, tačnost, preciznost, sistematska pristrasnost, procena merne nesigurnosti su kritični delovi upravljačkog sistema kvaliteta.

_____________________________________________________________________ 9

Slika 5. Etaloni sedam osnovnih jedinica SI


Lanac sledivosti je neprekinut lanac poređenja, koji se mora sprovesti kako bi se osiguralo da merni rezultat ili vrednost etalona bude u vezu sa referencijama na višim nivoima, sve do najvišeg nivoa, završno sa primarnim etalonom.

Krajnji korisnik može da dobije sledivost od najvišeg međunarodnog nivoa ili direktno od nacionalnog metrološkog instituta ili drugostepene laboratorije za etaloniranje, koje su obično akreditovane laboratorije. Kao rezultat raznih aranžmana o međusobnom priznavanju, priznata sledivost može da se dobije od laboratorija van sopstvene države korisnika.

U Evropi se osigurava sledivost do najvišeg međunarodnog nivoa preko ovlašćenih evropskih laboratorija.

U SAD-u industrija osigurava sledivost do najvišeg međunarodnog nivoa izravno iz NIST-a (National Institute of Standards and Technology).

Etaloni

Etalon je materijalna mera, merilo, referentni materijal ili merni sistem namenjen definisanju, ostvarivanju, čuvanju ili reprodukovanju jedinice jedne ili više vrednosti veličine koja služi kao referenca.

_____________________________________________________________________ 10

Slika 6. 1799. godine su prvi etaloni metra i kilograma smešteni u Arhivu Republike

Francuske za sve ljude i sva vremena.

Slika 7. Prvi etaloni Kraljevine Srbije – etalon kilograma iz 1880. No.11 i

etalon metra No.30 iz 1889.


Etaloniranje

Osnovno sredstvo u obezbeđivanju sledivosti merenja je etaloniranje merila, mernog sistema ili referentnog materijala. Etaloniranjem se određuju karakteristike merila, mernog sistema ili referentnog materijala. Ovo se postiže preko neposrednog poređenja merila sa etalonom ili overenim referentnim materijalom. Potom se izdaje uverenje o etaloniranju i, u većini slučajeva, na merilo se stavlja nalepnica.

Četiri su osnovna razloga zbog kojih se merilo podvrgava etaloniranju:1) da se uspostavi i dokaže sledivost,2) da se obezbedi konzistentnost vrednosti očitanih merilom sa drugim merenjima,3) da se odredi tačnost vrednosti očitanih merilom,4) da se uspostavi pouzdanost merila, odnosno da se u merilo može imati poverenje.

Merni sistemi

Mereni sistemi su važna sredstva za kvantifikaciju fizičkih varijabli; proširuju sposobnosti ljudskih čula, a ona mogu da otkriju i prepoznaju različite stepene fizičkih varijabli.

_____________________________________________________________________ 11


Merni sistem je skup od jednog ili više merila i često drugih uređaja, uključujući svaki reagens i izvor, sastavljenih i prilagođenih da daju informaciju korišćenu da se stvore vrednosti merene veličine u okviru određenih intervala, za veličine određenih vrsta.

Merna nesigurnost

Nesigurnost je kvantitativna mera kvaliteta rezultata merenja, koja omogućava da se rezultati merenja uporede sa drugim rezultatima, referencama, specifikacijama ili standardima.

Sva merenja su podložna grešci, pa se rezultati merenja razlikuju od prave vrednosti merene veličine. To zahteva “iskaz” o mernoj nesigurnosti da bi se ta “netačnost” merenja kvalifikovala.

Izvori merne nesigurnosti mogu biti različiti: nekompletna definicija merene veličine, nesavršena realizacija definicije merene veličine, nereprezentativno uzorkovanje – uzorak koji se meri ne predstavlja definisanu merenu veličinu, nepotpuno znanje o uticaju okruženja na merenje ili neadekvatno merenje uslova okoline, uticaj merioca na očitavanje analognih merila, konačna rezolucija merila tj. prag diskriminacije, neadekvatna vrednost ili merna nesigurnost etalona ili referentnog materijala, neegzaktna vrednost konstanti ili drugih parametara dobijenih iz spoljašnjih izvora ili upotreba algoritama sa redukovanim brojem podataka, aproksimacija i pretpostavke inkorporirane u merne metode i procedure, varijacije u ponovljenim opservacijama merene veličine pod identičnim uslovima, itd.

Nesigurnost može da se odredi na razne načine. Šire korišćena i prihvaćena metoda, koju prihvataju akreditaciona tela, je „GUM metoda”, preporučena od strane ISO.

GUM metoda- zasnovana na GUM konceptu

1. Identifikovati sve bitne komponente merne nesigurnosti.

_____________________________________________________________________ 12

Merna nesigurnost – sumnja koja postoji u rezultat merenja.≠

Greška – razlika između izmerene vrednosti i prave vrednosti izmerene veličine.

Slika 7. Grafičko predstavljanje merne nesigurnosti preko raspodele verovatnoće


Postoji mnogo izvora koji doprinose mernoj nesigurnosti. To se proverava upotrebom merene veličine u matematičkom modelu.

2. Izračunati standardnu nesigurnost svake komponente merne nesigurnosti. Svaka komponenta merne nesigurnosti se izražava preko standardne nesigurnosti, određene pomoću procene tipa A ili B.

a) Procena tipa A – Očekivanje i varijansa se procenjuju statističkom obradom ponovljenih merenja.

b) Procena tipa B – Očekivanje i varijansa se procenjuju drugim metodama. Najviše primenjivan metod je da se pretpostavi raspodela verovatnoće, kao na primer pravougaona, zasnovana na iskustvu i drugim informacijama.

3. Izračunati kombinovanu nesigurnost. - Za zbir ili razliku komponenti, kombinovana nesigurnost se izračunava kao

kvadratni koren zbira kvadrata standardnih nesigurnosti komponenti.

- Za proizvod ili količnik komponenti, primenjuje se isto pravilo “zbir/razlika” na relativne standardne nesigurnosti komponenti.

4. Izračunati proširenu nesigurnost. Pomnožiti kombinovanu nesigurnost sa faktorom obuhvata k.

5. Izraziti rezultat nesigurnosti. Rezultat merenja je kompletan samo ukoliko ga prati kvantitativna izjava o njegovoj mernoj nesigurnosti:

Y = y ± U,

gde je nesigurnost U data sa ne više od dve značajne cifre, a y je saglasno sa ovim zaokružena na isti broj cifara.

_____________________________________________________________________ 13


Podela metrologije

1) Naučna (fundamentalna) metrologija

Naučna metrologija se može nazvati još i „temeljnom” metrologijom. Odnosi se na uspostavljanje sistema količina, jedinica sistema, jedinica za merenje, razvoj novih metoda merenja, realizaciju merenja i prenos sledivosti od ovih standarda korisnicima u društvu. Bavi se organizacijom i razvojem etalona, kao i njihovim odžavanjem (najviši nivo). Naučna metrologija je oblast koja objedinjuje razvojni i naučno-istraživački rad u oblasti metrologije, i koja uključuje merenja najveće tačnosti i preciznosti u metrološkim laboratorijama.

2) Industrijska (primenjena) metrologija

Odnosi se na primenu mera nauke na proizvodnju i druge procese, kao i njihovu upotrebu u društvu, obezbeđivanje pogodnosti mernih instrumenata, njihovu kalibraciju i kontrolu kvaliteta merenja. Industrijska metrologija osigurava prikladno funkcionisanje merila koja se upotrebljavaju u industriji, u procesima proizvodnje i ispitivanja, odnosno ona omogućuje da se industrijski i drugi proizvodi izrađuju u skladu sa međunarodnim i regionalnim standardima.

industrijska metrologija à standardizacija à garantovanje kvaliteta (ISO)

Oblast delatnosti

Naučna metrologija je od strane BIPM podeljena na 9 tehničkih oblasti: akustika, vreme i frekvencija, dužina, elektricitet i magnetizam, jonizujuće zračenje i radioaktivnost, količina supstancije, masa, termometrija, i fotometrija i radiometrija. U okviru EUROMET-a postoje tri dodatne oblasti: protok i interdisciplinarna metrologija i kvalitet.

_____________________________________________________________________ 14

NAUČNA I INDUSTRIJSKA METROLOGIJA SU USKO POVEZANE!


3) Zakonska metrologija

Oblast koju reguliše država zakonima i propisima. Zakonska metrologija obezbeđuje: merno jedinstvo u zemlji, razvoj metrologije u skladu sa tehnološkim razvojem zemlje, povećanje kvaliteta roba i usluga, zaštitu potrošača u kupo-prodavnim odnosima, i kontrolisanu zaštitu čovekove životne i radne sredine. Bavi se tačnošću merenja koja utiču na ekonomiju, zdravlje i bezbednost.

Nosioci zakonske metrologije:

1. Metarska konvencija (20. maj 1875, Pariz, 17 država, sada 51) i njeni organi2. OIML (Međunarodna organizacija za zakonsku metrologiju), formiran 12.

oktobra 1955.3. RMO – EUROMET (EURAMET od 12. januara 2007.)4. Nacionalni metrološki institut NMI (ZMDM 1873.)5. Primarne, referentne i akreditovane laboratorije6. Dokumenta

Slika 8: Države koje su podržale Metarski sistem:

1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 Države koje se još nisu izjasnile Države koje nisu prihvatile Metarski sistem

_____________________________________________________________________ 15

Slika 8. Logo BIMP-a


Međunarodna infrastruktura

BIPM je nastao 20. maja 1875, kada je u Parizu održana diplomatska konferencija o metru na kojoj su predstavnici vlada 17 država potpisali diplomatski ugovor nazvan „Metarska konvencija” (od avgusta 2008. – 51 država članica). BIPM – međunarodni biro za tegove i mere (francuski: Bureau international des poids et mesures) je međunarodna organizacija za standarde, jedna od tri takve organizacije uspostavljene kako bi se održao Internacionalni sistem jedinica (SI) pod uslovima Konvencije o metru (Convention du Mètre). BIPM pomaže da se osigura uniformnost SI težina i mera širom sveta. To čini kroz niz konsultativnih odbora, čiji su članovi nacionalne metrološke laboratorije.BIPM sprovodi mere u vezi sa istraživanjima. Učestvuje i organizuje međunarodna poređenja nacionalnih standarda merenja i obavlja kalibraciju sa zemljama članicama.

Druge dve organizacije koje održavaju SI sistem, takođe poznate po svojim francuskim inicijalima, su Generalna konferencija za tegove i mere (francuski: Conférence générale des poids et mesures) (CGPM) i Međunarodni komitet za tegove i mere (francuski: Comité international des poids et mesures) (CIPM).

Predstavnici vlada država članica sastaju se svake četvrte godine na Generalnoj konferenciji za tegove i mere “Conférence Générale des Poids et Mesures” – CGPM. CGPM raspravlja i razmatra aktivnosti koje obavljaju nacionalni metrološki instituti i BIPM, i donosi preporuke o novim fundamentalnim metrološkim odrednicama, kao i svim drugim važnim temama od interesa za BIPM.

CGPM bira 18 predstavnika za Međunarodni komitet za tegove i mere CIPM, koji se sastaje svake

godine. CIPM nadgleda BIPM u ime CGPM-a, i sarađuje sa drugim međunarodnim metrološkim organizaci-jama. CIPM podržava 10 savetodavnih komiteta. Predstavnik svakog saveto-davnog komiteta je obično član CIPM-a. Drugi članovi savetodavnih komiteta su

predstavnici nacionalnih metroloških institucija i drugi stručnjaci.

_____________________________________________________________________ 16

Slika 9. Shematski prikaz organizacija Metarske konvencije i njihovog funcionisanja

...


_____________________________________________________________________ 17

Slika 10. Piramida međunarodne metrološke organizacije (primer: za Australiju)


Nacionalni metrološki instituti

Nacionalni metrološki institut, NMI, jeste institucija koja je imenovana nacionalnom odlukom da razvija i održava nacionalne etalone jedne ili više veličina.

NMI predstavlja državu na međunarodnom nivou u odnosima sa nacionalnim metrološkim institutima drugih država, u odnosima sa regionalnim metrološkim organizacijama i sa BIPM. NMI je kičma međunarodne metrološke organizacije (slika 10).

Zavod za mere i dragocene metale predstavlja NMI u Srbiji.

_____________________________________________________________________ 18

Slika 11. Regionalne metrološke organizacije – RMO


Evropska infrastruktura

Saradnju NMI na regionalnom nivou koordiniraju regionalne metrološke organizacije, RMO. Geografska rasprostranjenost regionalnih metroloskih organizacija – RMO, prikazana je na slici 11.

EUROMET

European Collaboration in Measurement Standards

EUROMET je osnovan 23.09.1987. u Madridu. On predstavlja dobrovoljnu organizaciju nacionalnih metroloških institucija u Evropi. Bavi se legalnom metrologijom, nacionalnom metrologijom i akreditacijom.

_____________________________________________________________________ 19


Tipovi saradnje: kooperacija u istraživanjima (novi fenomeni koji su osnova primarnih etalona), poređenje nacionalnih etalona, konsultacije – opremanje laboratorija i organizacija, metrološka sledivost – veza sekundarnih i primarnih etalona do SI.

_____________________________________________________________________ 20


SI SISTEM

Iako je standardizacija težina i mera bila cilj socijalnog i ekonomskog napretka od davnina, sve do XVIII veka nije postojao jedinstven sistem merenja. Ovaj nedostatak standardizacije sistema merenja je bio izvor grešaka i prevara u komercijalnoj i socijalnoj transakciji, koji je stavljao kočnice na međunarodnu trgovinu i sprečavao razvoj nauke kao međunarodnog poduhvata. Uz širenje industrije i trgovine, došlo je do povećanja potreba za usklađivanjem težina i mera između zemalja. Političari i naučnici rešili su ovu situaciju usvajanjem standarda za merenje dužine i težine etalonima uzetim iz prirode.

Jedan od prvih prirodnih mera je bio metar, koji je bio definisan u odluci francuske Narodne skupštine (7. aprila 1795.) kao deset-milioniti delo jedne četvrtine zemljinog meridijana. Takva jedinica nije bila proizvoljna, kao zavisna od veličine Zemlje. Kilogram je prvobitno definisan kao masa određene zapremine vode.Prvi standardi (etaloni) metra i kilograma, u odnosu na koje su sve buduće kopije morale da budu upoređivane, bili su smešteni u Arhivu Republike Francuske 1799, posvećeni "za sve ljude i sva vremena".

Decimalni metarski sistem je uveden u Francuskoj 7. aprila 1795. po zakonu "O težini i merama". Ovo je izazvalo velike promene u svakodnevnom životu običnih ljudi, što je omogućilo izračunavanje, na primer, površine i zapremine. Zasnivalo se jednostavno na pomeranju decimalne oznake – dva ili tri mesta za površinu, odnosno zapreminu. Zbog svoje jednostavnosti i univerzalnosti, decimalni metarski sistem se širi brzo van Francuske.

Stalni porast u usvajanju metarskog sistema postoji i kod drugih naroda u drugoj polovini XIX veka). Međutim, ove zemlje su zavisile i od svojih nacionalnih standarda.

Ova zavisnost je ograničavala željene za međunarodnom standardizacijom. Za prevazilaženje ovih poteškoća, osnovan je Međunarodni biro za tegove i mere, po uslovima diplomatskog sporazuma poznatog kao Konvencija o metru, 20. maja 1875. Da bismo proslavili potpisivanje Konvencije o metru, datum 20. maj je poznat kao Svetski dan metrologije.

Međunarodni sistem jedinica SI (Le System International d’Unites) je moderni metarski sistem, koji je uspostavljen 1960. godine na XI generalnoj konferenciji za tegove i mere CGPM:

_____________________________________________________________________ 21

Slika 12. Veza između osnovnih i izvedenih fizičkih veličina i fundamentalnih konstanti


„Međunarodni sistem jedinica, SI, je koherentni sistem jedinica koji je usvojila i preporučila Generalna konferencija za tegove i mere.”

SI sistem čini vezu između osnovnih i izvedenih fizičkih veličina i fundamentalnih konstanti koherentnog sistema mernih jedinica.

_____________________________________________________________________ 22

Tabela 1. Osnovne fizičke veličine i njihove merne jedinice po SI


Osnovne jedinice SI

Osnovna jedinica je merna jedinica osnovne veličine u datom sistemu veličina; osnovne, što znači temeljne, aksiomatske, polazne, ne definišu se jednacinama, već dogovoreno definisanim postupcima merenja.

Definicije osnovnih jedinica SI

Metar je dužina putanje koju u vakuumu pređe svetlost za vreme od 1/299.792.458 sekunde.

Kilogram je masa međunarodnog etalona kilograma.

Sekunda je trajanje od 9.192.631.770 perioda zračenja koje odgovara prelazu između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezijuma 133.

Amper je stalna električna struja koja bi, kad bi se održavala u dva prava paralelna provodnika, neograničene dužine i zanemarljivo malog kružnog poprečnog preseka, koji se nalaze u vakuumu na međusobnom rastojanju od jednog metra, prouzrokovala među tim provodnicima silu jednaku 2∙10-7 njutna po metru dužine.

Kelvin je termodinamička električna temperatura koja je jednaka 1/273,16 termodinamičke temperature trojne tačke vode.

Mol je količina supstancije sistema koji sadrži toliko elementarnih jedinki koliko ima atoma u 0,012 kg ugljenika 12. Kada se upotrebljava mol, navode se elementarne jedinke koje mogu biti atomi, molekuli, joni, elektroni i druge čestice ili određene skupine tih čestica.

Kandela je svetlosna jačina, u određenom pravcu, izvora koji emituje monohromatsko zračenje frekvencije 540∙1012 herca i cija je jačina zračenja u tom pravcu 1/683 vata po steradijanu.

_____________________________________________________________________ 23

Tabela 2. Neke izvedene fizičke veličine i njihove merne jedinice po SI

Tabela 3. Jedinice koje ne pripadaju SI, a mogu se koristiti


Izvedene jedinice SI

Sve druge veličine, nazvane izvedene veličine, mogu se definisati pomoću sedam osnovnih veličina. Shodno tome, izvedene veličine imaju izvedene jedinice, koje se izvode iz osnovnih jedinica SI u skladu sa fizičkim zakonima koji povezuju date veličine.CGPM je odobrila posebne nazive i oznake za neke izvedene jedinice (ima ih 22), kao sto je prikazano u tabeli 2.

Jedinice van SI

Postoje jedinice koje nisu uključene u SI sistem, ali su uporedo prihvaćene sa jedinicama SI, zbog njihove široko rasprostranjene upotrebe ili zbog njihove upotrebe u posebnim oblastima primene.

_____________________________________________________________________ 24

Tabela 4. Jedinice koje su ranije korišćene i ne mogu se više upotrebljavati (ili se vrlo malo koriste)

Tabela 5. Prefiksi – decimalne SI jedinice


Dekadne (decimalne) SI jedinice – prefiksi

U praktičnoj primeni potrebna je veća ili manja jedinica od neke osnovne ili izvedene jedinice. Zato se uvode dekadne odnosno decimalne jedinice, koje se takođe smatraju SI jedinicama. Dekadne jedinice pokazuju koliko je neka jedinica veća ili manja od osnovne ili izvedene jedinice, izraženo u prefiksom, koji se stavlja ispred oznake jedinice. Prefiks, dakle, označava dekadni, odnosno, decimalni faktor kojim se množi jedinica (tabela 5).

NAPOMENA:Kilogram je jedina SI jedinica s prefiksom, kao sastavnim delom svog imena (naziva) i oznake (simbola). Pri tome je prefiks iz gornje tabele korišćen uz jedinicu imena „gram”. Pri pisanju treba obratiti pažnju da je dozvoljen samo jedan prefiks, koji bi u ovom slučaju stajao ispred jedinice g (npr. mg, tj. miligram).Osim ovoga, drugih izuzetaka nema, uključujući i stepene Celsiusa i simbola ˚C.

_____________________________________________________________________ 25


ZAKLJUČAK

Metrologija je stara nauka, koja je evoluirala tokom mnogih vekova, ali se danas odlikuje pre svega kroz razvoj naučne metrologije i zakonske metrologije. S obzirom da je naučna metrologija od suštinskog značaja za sve one koji se bave različitim lancima merenja, kalibracija i akreditacija, primarni fokus zakonske metrologije je na mere koje direktno utiču na potrošača. Dakle, dok se fizičari koji održavaju npr. međunarodni prototip po kilogramu (poslednji fizički predmet koji definiše neku osnovnu jedinicu i u odnosu na koji se svi ostali etaloni kilograma u svetu kalibrišu) u BIPM u Sevru, mogu posmatrati kao naučni metrolozi, oni nisu direktno povezani sa problemima zakonske metrologije u svakodnevnom radu. S druge strane, tehničari koji kalibrišu vaganje vage u prodavnicama i tržištima direktno se odnose na zakonsku metrologiju, a naravno i metrologe.

Međutim, iako naučna metrologija i zakonska metrologija mogu da se bave veoma različitim nivoima preciznosti, obe se bave blisko povezanim problemima. Potencijalne posledice netačnih podataka u vezi sa trgovinom i medicinom će uticati na sve nas, pokazujući da je metrologija jedna od ključnih nauka današnjice.

_____________________________________________________________________ 26


REČNIK

BIPM – Međunarodni biro za tegove i mere.

Veličina, izvedena – veličina u sistemu veličina definisana preko osnovnih veličina tog sistema.

Veličina (merljiva) – svojstvo pojave, tela ili supstancije, gde svojstvo ima veličinu koja može da se izrazi kao broj i referenca.

Vrednost veličine – broj i referenca koji zajedno predstavljaju kvantitativan iznos veličine, npr. masa datog tela.

Generalna konferencija za tegove i mere – videti CGPM. Greška merenja – vrednost merene veličine minus referentna vrednost veličine. GUM – uputstvo za izražavanje merne nesigurnosti. GUM metoda – videti GUM.

Devijacija – vrednost minus njena referentna vrednost. Dogovorena vrednost veličine – vrednost veličine propisana dogovorom o veličini

za datu namenu, npr. “standardno ubrzanje pri slobodnom padu”. Dužina podeljka skale – rastojanje između dve uzastopne oznake skale, mereno duž

iste linije kojom se meri dužina skale.

Etalon – ostvarenje definicije date veličine, sa nazivnom vrednošću veličine i pridruženom mernom nesigurnosti, koje se koriste kao referenca. Ostvarenje može da bude kao materijalizovana mera, merilo, referentni materijal ili merni sistem.

Etalon, međunarodni – etalon koji su priznali potpisanici međunarodnog sporazuma, a namenjen je da služi širom sveta, npr. međunarodni prototip kilograma.

Etalon, nacionalni – etalon koji je nacionalni organ priznao da služi u državi ili ekonomiji kao osnova za pripisivanje vrednosti odnosne veličine drugim etalonima.

Etaloniranje – skup postupaka kojima se, u određenim uslovima, uspostavlja odnos između vrednosti veličina sa mernim nesigurnostima koje daje etalon ili overeni referentni materijal, i odgovarajućeg pokazivanja sa pridruženim mernim nesigurnostima merila, mernog sistema ili referentnog materijala koji se ispituje.

EUROMET – Evropsko udruženje nacionalnih metroloških institucija; od 2007. promenjen naziv u EURAMET.

Zakonska metrologija – oblast metrologije koju reguliše država zakonima i propisima.

_____________________________________________________________________ 27


Izvedena veličina – veličina koja je, u sistemu veličina, definisana preko osnovnih veličina tog sistema.

Izvedena jedinica – merna jedinica za izvedenu veličinu. ISO – Međunarodna organizacija za standardizaciju.

Lanac sledivosti – redosled etalona i etaloniranja koji su korišćeni da dovedu u vezu rezultat merenja sa referencom.

Merena veličina – velicina koja se meri. Merenje – proces eksperimentalnog dobijanja jedne ili više vrednosti veličine koje

mogu razumno da se pripišu veličini. Skup postupaka koji imaju za cilj određivanje vrednosti veličine.

Merna nesigurnost – pozitivan parametar, pridružen rezultatu merenja, koji karakteriše rasipanje vrednosti veličine pripisanih merenoj veličini, zasnovan na korišćenim informacijama. Prihvaćeno je da se procena merne nesigurnosti obično vrši u skladu sa smernicama navedenim u GUM.

Metarska konvencija – međunarodni diplomatski ugovor ustanovljen 1875. godine sa ciljem obezbeđenja svetski jedinstvenog sistema mernih jedinica. 2008. godine bila je 51 država članica.

Metarski sistem – merni sistem zasnovan na metru i kilogramu i drugim osnovnim jedinicama. Kasnije prerastao u sistem SI.

Metrologija – od grčke reči „metron” = merenje. Nauka o merenju i njegovoj primeni.

Metrologija, zakonska – obezbeđuje tačnost i pouzdanost merenja gde merene vrednosti mogu da budu značajne za zdravlje ljudi, bezbednost, ili transparentnost finansijskih transakcija, npr. tegove i mere.

Metrologija, industrijska – obezbeđuje ispravno funkcionisanje merila u industriji kao i u procesima proizvodnje i ispitivanja.

Metrologija, naučna – nastoji da organizuje, razvija i održava etalone.

NIST – Nacionalni institut za etalone i tehnologiju, Nacionalni metrološki institut SAD.

NMI – često korišćena engleska skraćenica za nacionalni metroloski institut u zemlji.

Osnovna veličina – veličina u dogovorom izabranom podskupu datog sistema veličina, gde nijedna veličina podskupa ne može da bude izražena preko druge.

Osnovna jedinica – merna jedinica koja je usvojena konvencijom za osnovnu veličinu.

OIML – Međunarodna organizacija za zakonsku metrologiju.

_____________________________________________________________________ 28


Prava vrednost veličine – vrednost veličine saglasna sa definicijom veličine. Primarni etalon – etalon ostvaren korišćenjem primarnog referentnog mernog

postupka ili stvoren kao artefakt, izabran konvencijom. Etalon koji je označen ili široko priznat da ima najviše metrološke kvalitete i čiji su rezultati merenja određeni bez upućivanja na druge etalone iste veličine u istom opsegu merenja.

Prototip – artefakt koji definiše mernu jedinicu. Međunarodni prototip kilograma (teg od 1 kg) u Parizu je danas jedini prototip u sistemu SI.

Referentna vrednost – vrednost veličine koja se koristi kao osnova za poređenje sa vrednostima veličina iste vrste.

Rezultat merenja – skup vrednosti veličine koji se pripisuje merenoj veličini zajedno sa svakom drugom dostupnom povezanom informacijom.

Sistem jedinica – videti sistem mernih jedinica. Sistem mernih jedinica – skup osnovnih jedinica i izvedenih jedinica, zajedno sa

svojim proizvodima i količnicima, koji su definisani prema datim pravilima, za dati sistem veličina.

Sistem SI – Međunarodni sistem jedinica, daje formalne definicije svih osnovnih jedinica SI, koje je usvojila Generalna konferencija za tegove i mere.

Sledivost, metrološka – osobina merenja pomoću koje rezultat može da se dovede u vezu sa referencijom posredstvom neprekinutog lanca etaloniranja koja sva doprinose merenoj nesigurnosti.

Standardna devijacija, eksperimentalna – parametar s za niz od n merenja iste merene veličine, koji karakterise disperziju rezultata i koja je data obrascem za standardnu devijaciju.

Tačnost merenja – bliskost slaganja između vrednosti merene veličine i prave vrednosti merene veličine.

Transparentnost – sposobnost merila da ne menja merenu vrednost.

Faktor korekcije – brojčani faktor kojim se množi nekorigovan rezultat merenja da bi se kompenzovala sistematska greška.

CGPM – Generalna konferencija za tegove i mere. Podržana prvi put 1889, sastaje se svake četiri godine.

CIPM – Međunarodni komitet za tegove i mere.

_____________________________________________________________________ 29


LITERATURA

_____________________________________________________________________ 30

metrologija i standardizacija (seminarski rad)

Documents